Úplná oxidace glukózy. Oxidační reakce glukózy

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 05:20

V tomto článku se podíváme na to, jak probíhá oxidace glukózy. Sacharidy jsou sloučeniny polyhydroxykarbonylového typu, stejně jako jejich deriváty. Charakteristickými znaky jsou přítomnost aldehydových nebo ketonových skupin a alespoň dvou hydroxylových skupin.

Podle struktury se sacharidy dělí na monosacharidy, polysacharidy, oligosacharidy.

Monosacharidy

Monosacharidy jsou nejjednodušší sacharidy, které nelze hydrolyzovat. Podle toho, která skupina je ve složení přítomna – aldehyd nebo keton, se izolují aldózy (patří sem galaktóza, glukóza, ribóza) a ketózy (ribulóza, fruktóza).

Oligosacharidy

Oligosacharidy jsou sacharidy, které mají ve svém složení od dvou do deseti zbytků monosacharidového původu, spojených glykosidickými vazbami. V závislosti na počtu monosacharidových zbytků se rozlišují disacharidy, trisacharidy a tak dále. Co vzniká při oxidaci glukózy? O tom bude řeč později.

Polysacharidy

Polysacharidyjsou sacharidy, které obsahují více než deset monosacharidových zbytků propojených glykosidickými vazbami. Pokud složení polysacharidu obsahuje stejné monosacharidové zbytky, pak se nazývá homopolysacharid (například škrob). Pokud jsou tyto zbytky odlišné, pak s heteropolysacharidem (například heparinem).

Jaký je význam oxidace glukózy?

Funkce sacharidů v lidském těle

Sacharidy plní následující hlavní funkce:

1. Energie. Nejdůležitější funkce sacharidů, protože slouží jako hlavní zdroj energie v těle. V důsledku jejich oxidace je uspokojena více než polovina energetických potřeb člověka. V důsledku oxidace jednoho gramu sacharidů se uvolní 16,9 kJ.
2. Rezervovat. Glykogen a škrob jsou formou zásoby živin.
3. Strukturální. Celulóza a některé další polysacharidové sloučeniny tvoří v rostlinách silnou kostru. Také jsou v kombinaci s lipidy a proteiny součástí všech buněčných biomembrán.
4. Ochranný. Kyselé heteropolysacharidy hrají roli biologického lubrikantu. Vystýlají povrchy kloubů, které se vzájemně dotýkají a třou, nosní sliznice, trávicí trakt.
5. Antikoagulant. Sacharid, jako je heparin, má důležitou biologickou vlastnost, totiž zabraňuje srážení krve.
6. Sacharidy jsou zdrojem uhlíku nezbytného pro syntézu proteinů, lipidů a nukleových kyselin.

Pro tělo jsou hlavním zdrojem sacharidů sacharidy z potravy – sacharóza, škrob, glukóza, laktóza). Glukóza může být syntetizována v těle samo z aminokyselin, glycerolu, laktátu a pyruvátu (glukoneogeneze).

Glykolýza

Glykolýza je jednou ze tří možných forem procesu oxidace glukózy. Při tomto procesu se uvolňuje energie, která se následně ukládá do ATP a NADH. Jedna z jeho molekul se rozpadne na dvě molekuly pyruvátu.

Proces glykolýzy probíhá působením různých enzymatických látek, tedy katalyzátorů biologické povahy. Nejdůležitějším oxidačním činidlem je kyslík, ale stojí za zmínku, že proces glykolýzy lze provádět za nepřítomnosti kyslíku. Tento typ glykolýzy se nazývá anaerobní.

Glykolýza anaerobního typu je postupný proces oxidace glukózy. Při této glykolýze nedochází k oxidaci glukózy úplně. Při oxidaci glukózy tak vzniká pouze jedna molekula pyruvátu. Z hlediska energetického přínosu je anaerobní glykolýza méně prospěšná než aerobní. Pokud však do buňky vstoupí kyslík, anaerobní glykolýza může být přeměněna na aerobní, což je úplná oxidace glukózy.

Mechanismus glykolýzy

Glykolýza štěpí šestiuhlíkovou glukózu na dvě molekuly tříuhlíkového pyruvátu. Celý proces je rozdělen do pěti přípravných etap a pěti dalších, během kterých se ukládá ATPenergie.

Glykolýza tedy probíhá ve dvou fázích, z nichž každá je rozdělena do pěti fází.

1. fáze oxidační reakce glukózy

• První fáze. Prvním krokem je fosforylace glukózy. K aktivaci sacharidu dochází fosforylací na šestém atomu uhlíku.
• Druhá fáze. Dochází k procesu izomerizace glukóza-6-fosfátu. V této fázi je glukóza přeměněna na fruktóza-6-fosfát katalytickou fosfoglukoizomerázou.
• Třetí fáze. Fosforylace fruktóza-6-fosfátu. V této fázi dochází vlivem fosfofruktokinázy-1 k tvorbě fruktóza-1,6-difosfátu (také nazývaného aldoláza). Podílí se na doprovázení fosforylové skupiny z kyseliny adenosintrifosforečné k molekule fruktózy.
• Čtvrtá fáze. V této fázi dochází ke štěpení aldolázy. V důsledku toho se tvoří dvě molekuly triosafosfátu, zejména ketózy a eldózy.
• Pátá fáze. Izomerizace triosafosfátů. V této fázi je glyceraldehyd-3-fosfát odeslán do dalších fází rozkladu glukózy. V tomto případě dochází k přechodu dihydroxyacetonfosfátu na formu glyceraldehyd-3-fosfátu. Tento přechod se provádí působením enzymů.
• Šestá etapa. Proces oxidace glyceraldehyd-3-fosfátu. V této fázi je molekula oxidována a poté fosforylována na difosfoglycerát-1, 3.
• Sedmá etapa. Tento krok zahrnuje přenos fosfátové skupiny z 1,3-difosfoglycerátu na ADP. Konečným výsledkem tohoto kroku je 3-fosfoglyceráta ATP.

Fáze 2 – úplná oxidace glukózy

• Osmá etapa. V této fázi se provádí přechod 3-fosfoglycerátu na 2-fosfoglycerát. Proces přechodu se provádí působením enzymu, jako je fosfoglycerátmutáza. Tato chemická reakce oxidace glukózy probíhá za povinné přítomnosti hořčíku (Mg).
• Devátá etapa. V této fázi dochází k dehydrataci 2-fosfoglycerátu.
• Desátá etapa. Dochází k přenosu fosforečnanů získaných v důsledku předchozích kroků do PEP a ADP. Fosfoenulpyrát je převeden do ADP. Taková chemická reakce je možná v přítomnosti iontů hořčíku (Mg) a draslíku (K).

Za aerobních podmínek se celý proces dostává do CO₂ a H₂O. Rovnice pro oxidaci glukózy vypadá takto:

S₆N₁₂O₆+ 6O₂ → 6CO₂+ 6H₂O + 2880 kJ/mol.

Při tvorbě laktátu z glukózy tedy nedochází v buňce k žádné akumulaci NADH. To znamená, že takový proces je anaerobní a může probíhat za nepřítomnosti kyslíku. Je to kyslík, který je konečným akceptorem elektronů, který je přenášen NADH do dýchacího řetězce.

V procesu výpočtu energetické bilance glykolytické reakce je třeba vzít v úvahu, že každý krok druhého stupně se opakuje dvakrát. Z toho můžeme usoudit, že dvě molekuly ATP se spotřebují v první fázi a 4 molekuly ATP se vytvoří během druhé fáze fosforylací.typ substrátu. To znamená, že v důsledku oxidace každé molekuly glukózy buňka akumuluje dvě molekuly ATP.

Podívali jsme se na oxidaci glukózy kyslíkem.

Anaerobní cesta oxidace glukózy

Aerobní oxidace je oxidační proces, při kterém se uvolňuje energie a který probíhá za přítomnosti kyslíku, který působí jako konečný akceptor vodíku v dýchacím řetězci. Donorem molekul vodíku je redukovaná forma koenzymů (FADH2, NADH, NADPH), které vznikají při mezireakci oxidace substrátu.

Aerobní proces oxidace glukózy dichotomického typu je hlavní cestou katabolismu glukózy v lidském těle. Tento typ glykolýzy lze provádět ve všech tkáních a orgánech lidského těla. Výsledkem této reakce je štěpení molekuly glukózy na vodu a oxid uhličitý. Uvolněná energie se pak uloží do ATP. Tento proces lze zhruba rozdělit do tří fází:

1. Proces přeměny molekuly glukózy na pár molekul kyseliny pyrohroznové. Reakce probíhá v buněčné cytoplazmě a je specifickou cestou pro rozklad glukózy.
2. Proces tvorby acetyl-CoA jako výsledek oxidativní dekarboxylace kyseliny pyrohroznové. Tato reakce probíhá v buněčných mitochondriích.
3. Proces oxidace acetyl-CoA v Krebsově cyklu. Reakce probíhá v buněčných mitochondriích.

V každé fázi tohoto procesuredukované formy koenzymů oxidované enzymovými komplexy dýchacího řetězce. Výsledkem je, že při oxidaci glukózy vzniká ATP.

Tvorba koenzymů

Koenzymy, které se tvoří ve druhém a třetím stupni aerobní glykolýzy, budou oxidovány přímo v mitochondriích buněk. Paralelně s tím NADH, který se vytvořil v buněčné cytoplazmě během reakce prvního stupně aerobní glykolýzy, nemá schopnost pronikat přes mitochondriální membrány. Vodík je přenášen z cytoplazmatického NADH do buněčných mitochondrií pomocí kyvadlových cyklů. Mezi těmito cykly lze rozlišit ten hlavní - malát-aspartát.

Potom je pomocí cytoplazmatického NADH redukován oxaloacetát na malát, který naopak vstupuje do buněčných mitochondrií a je pak oxidován, aby se redukoval mitochondriální NAD. Oxalacetát se vrací do buněčné cytoplazmy jako aspartát.

Upravené formy glykolýzy

Glykolýza může být navíc doprovázena uvolňováním 1, 3 a 2, 3-bifosfoglycerátů. Současně se 2,3-bifosfoglycerát může pod vlivem biologických katalyzátorů vrátit do procesu glykolýzy a poté změnit svou formu na 3-fosfoglycerát. Tyto enzymy hrají různé role. Například 2,3-bifosfoglycerát, který se nachází v hemoglobinu, podporuje přenos kyslíku do tkání a zároveň přispívá k disociaci a snížení afinity kyslíku a červených krvinek.

Závěr

Mnoho bakterií může změnit formu glykolýzy v různých fázích. V tomto případě je možné v důsledku působení různých enzymatických sloučenin snížit jejich celkový počet nebo tyto stupně upravit. Některé z anaerobů mají schopnost rozkládat sacharidy jinými způsoby. Většina termofilů má pouze dva glykolytické enzymy, zejména enolázu a pyruvátkinázu.

Podívali jsme se na to, jak se v těle oxiduje glukóza.